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分析和优化分布式变频系统调节策略

  发表时间:2017-06-12 10:59   来源: 未知   TAG标签: 天然气发电机组   点击:183次


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一、系统调节的必要性

1、所在城市气候概况

根据国内气候分区,乌鲁木齐市位于第vn区,气候干燥,降雨量少,蒸发量大,日照较充足,昼夜温差大,冬季寒冷,夏季炎热,春秋时间短,冬夏时间长,除南部山区外,属于典型的大陆干旱性气候。采暖室外计算温度为-22°c;—月份平均气温为一13.5°C,极端气温为一30°C;全年平均气温7.9°C,平均相对湿度29%(R)气根据《民用建筑热工设计规范》,乌鲁木齐市热工设计分区属于严寒B区。根据《居住建筑节能设计标准》,乌鲁木齐市采暖期天数为162天,采暖期室外平均温度—8.5°C。实际采暖期天数为180天(10月15日-次年4月15日)。

2、系统负担建筑概况

由华全水泵厂统计的附录表可知,该热力管网热用户中,绝大部分为居住建筑,少部分为学校、办公建筑及工厂,不同功能建筑对于供暖的需求均不相同。不同功能建筑已于换热站分区改造后拥有各自的板式换热器及二次网,并加装监控设备,使得实现按需供热成为可能。

3、居民作息特点

乌鲁木齐地理上属于东六区,太阳时较属于东八区的北京晚两小时。为保证全国统一计时,党政机关、企业、学校等均采用北京时间。按季节冬夏时令执行不同的作息时间,冬季10:00上班,20:00下班。

4、调节的必要性

2013/2014采暖季各热用户室内温度普遍偏高,造成不必要的能源浪费。乌鲁木齐早晚温差较大,不同采暖日平均温度差异亦较大,无论是采用分阶段平均温度还是日平均温度作为调节参考,均无法精确满足按需供热的要求。2013/2014采暖季前的系统升级改造已经为运行调节提供了硬件上的保障,因此,提出可行的满足按需供热要求的华全水泵运行调节策略,是十分必要的。

二、系统运行调节策略

1、整季调节方案

对于整个采暖季而言,集中供热管网可应用的运行调节方案有如下几种:

方案一:整季质调节

方案二:分阶段改变流量的质调节

方案三:整季量调节

方案四:分阶段改变水温的量调节

由于锅炉的进出口水温有明确的限定范围,在供暖初期和末期室外温度较高的一段时间内,只能以高于实际需求的供回水温度运行,导致热用户室温高于设计值,造成热量的浪费。因此,方案一无法满足整个采暖季的按需供热要求。另外,定流量的运行方式在华全管道泵电耗方面,亦会造成浪费。

方案二克服了方案一的不足,可满足整季的供热要求。但由于供水温度变化的滞后性,导致供热需求发生改变时,调节过程无法及时跟进,无法做到精确调节。

方案三与方案一类似。由于变频水泵有工作频率限制,各换热站均有运行流量,在供暖初期和末期室外温度较高的一段时间内,只能以高于实际需求的流量运行,造成“大流量、小温差”,造成电能的浪费。因此,方案三亦无法满足整个采暖季的按需供热要求。

方案四克服了方案三的不足,在分阶段供水温度设置合理的前提下,流量调节可以满足整个采暖季的供热要求。另外,华全管道泵的流量调节管网水力响应迅速,不受方案二供水温度滞后性的影响,利于从时间上对系统进行精确控制,实现实时调节。

2、逐日调节方案

对于每个采暖日而言,有不进行调节、分阶段调节和实时调节三种方案可供选择。由于每日的气象参数是不同的,依据整个采暖季的阶段划分,数天进行一次调节,势必导致阶段内某些天的供热量大于需求量,某些天供热量不足。因此,每日进行调节是有必要的。由于不同类型的建筑对供热的需求不同,需采用不同的调节方案。比如学校、办公建筑上班时间正常供热,下班后执行5°C值班供热,适用于分段实时调节。乌鲁木齐昼夜温差较大,一天内大部分时间均有人停留的建筑,适用于全天实时调节。鉴于气象台只对整点发布气温数据,因此每日调节应采用逐时调节的方式。

三、供热方案

1、不同建筑供热方案

根据华全水泵厂分析,拟采取分采暖阶段恒定供水温度,对居住建筑采取逐时量调节。其中居住建筑全天正常供热,公共建筑白天正常供热夜间值班供热。由于节能建筑平均2小时的热惰性,拟于早8点升温,晚8点降温。

2、各换热站一次网理论回水温度

对于既有散热器用户又有地暖用户的换热站,根据第二章第四节相关内容,由实际工程中采用两种末端用户供暖比例,利用公式计算出各站一次网回水温度与室外温度关系。

3、锅炉调节方案

由于分布式管网中均压管的混水作用,致使热源出入站温度与锅炉进出口温度可能不相同。之前所研究的内容均基于供水温度恒定,因此,维持出站供水温度稳定,需制定锅炉调节策略。

四、模拟验证

选取2013/2014采暖季高寒期1月7日8:00至1月8日早8:00室外温度数据为基础进行模拟。依据上一节内容,确定各时段二次网回水温度。根据M值大小,确定调节顺序。各站分布泵调节间隔一分钟,调节速率为lHz/s。

1、日间正常供暖

日间正常供暖时段,各换热站流量变化规律相同。依据各站分布泵变频器变化幅度相同。该采暖日日间室外采集温度幅度变化时段为11:00-12:00,由-18.1°C变化至-15.7°C,即负荷比由0.91变化至0.85。根据一次网拟采用设计供水温度l00°C。由室外温度-流量比曲线可知,各站流量比均由0.89变化至0.82,故各站的华全水泵泵变频器频率依次由44.5Hz调节至41Hz,调节过程3.5s。远端站1#站(调节顺序第二位,调节起点60s)流量与进站压力变化如图1所示。

图1:1#站流量与进站压力变化

近端站7#站(调节顺序第十二位,调节起点660s)流量与进站压力变化如图2所示。

图2:7#站流量与进站压力变化

由图1和图2可知,对于所有换热站,各站逐次调节的过程均会对流量与压力造成影响。调节站的调节动作使得该站流量下降,进站压力上升;其他站的调节动作使得该站流量和进站压力均上升。各站分布泵变频器调节的过程,会使该站压力产生较大的波动,波动幅度远端大于近端,未超过lmH20。

1#站二次网模拟供水温度与理论供水温度变化趋势相同,数值上模拟供水温度略高于理论供水温度。供、回水温度变化趋势与室外温度变化趋势相反,一次网的逐时流量调节可以满足该站供热需求。

2、夜间值班供暖

为保证非值班供暖用户正常供热,一次网仍按照日间供暖曲线运行。对于既有非值班供暖用户又有值班供暖用户的换热站,依靠站内不同分区管路上的电动调节阀进行流量分配,以满足要求。其负荷比由公式计算。

模拟19:00-20:00由日间正常供暖转变为夜间值班供暖,室外温度由-18.9°C变化至-19.2°C,一次网仍采用设计供水温度100°C。根据负荷-流量公式及流量-频率回归方程,计算20:00时各站负荷比与流量比及各站频率变化见表1。

日间正常供暖转入夜间值班供暖时,由于各站调节方向不一致(无值班供暖的站流量上升,有值班供暖的站流量下降),导致各站受其他站的影响亦不一致。各站压力波动值未超过0.6mH20。

3:00时室外温度已降至室外设计温度_22°C,之后仍继续下降,导致负荷比大于1。5#站由于值班供暖建筑的存在,至使该站3:00时整体流量比为0.87,仍有继续调节增大的空间,可保证正常供热。不同分区的供回水温度与室外温度变化趋势相反,数值上模拟供水温度略高于理论供水温度。

1#在3:00后流量比已达到1,无继续调节增大的空间。如不增加一次网供水温度,则二次网实际回水温度将低于理论回水温度,模拟供水温度降低,室温无法恒定于室内设计温度,达不到供热要求。因此,华全管道泵在选型时,需适当考虑负荷比与流量比大于1的极端气象条件下情况。

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